2014 р. — з початку війни на Донбасі долучився до батальйону спецпризначення МВС «Азов». Після обрання народним депутатом, Олег Петренко не розриває контактів зі побратимами й далі співпрацює вже в цивільному житті з громадською організацією «Цивільний Корпус АЗОВ».
У своїй громадській діяльності Олег Петренко підтримує патріотичні ініціативи, наприклад, у жовтні 2015 року депутат відвідав акцію «Блокада Криму»[2]. Щороку депутат відвідує Холодноярські вшанування 25-26 квітня[3],[4]. Також Петренко часто приходить на допомогу в суд до затриманих із політичних мотивів, як-от у липні 2016 року до Валентина Лихоліта — польового командира добровольчого батальйону «Айдар», затриманого[5].
Після початку повномасштабного російського вторгнення Олег Петренко став координатором благодійного проєкту «Support AZOV»[6], який займався забезпеченням бойових азовських підрозділів. Найбільший з них - полк ССО АЗОВ - в січні 2023 року був розширений та став 3-ою окремою штурмовою бригадоюЗбройних Сил України в складі Сухопутних військ.
На сьогоднішній момент «Support AZOV» діє як благодійний фонд «Підтримай Третю штурмову» під керівництвом Олега Петренка в підпорядкуванні командування 3 ОШБр.
Також Олег Петренко став співініціатором законопроєктів щодо протидії жорстокому поводженню з тваринами, розвитку туризму в Україні, покращення захисту права дитини на належне утримання та у сфері охорони здоров'я.